[实用新型]用于压气机压力测量的光纤压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及发动机压力测量的光纤传感器技术领域，具体为一种用于压气机压力测量的光强式与光栅式混合光纤压力传感器法。

背景技术

传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，成为80年代中期以来国际市场上最走俏的产品之一。近些年来，在力、热、电压、磁、气、湿、光七大类传感器中尤其以光传感器中的光纤传感器倍受青睐。

压气机是航空发动机的核心部件之一，其工作状态对整个发动机的正常运行有着重要作用。而高压比的压气机既是军用航空发动机的发展趋势所需，又是航空发动机中易发生故障的部件，并且一般情况下，压比越高，越容易发生喘振。如果压气机不能正常工作以至于发生喘振，将可能导致叶片断裂、结构损坏、燃烧室超温和发动机熄火等严重故障，因此对其进行实时监控是必要的。而在众多参数的监控中，稳态压力和动态压力的测量又是其中的重点和难点。光纤压力传感器相比于常规压力传感器，其对应变、温度、位移等有更高的灵敏度，同时又具有体积小、重量轻、抗腐蚀、抗电磁干扰等优点。因此应用光纤传感器对压气机压力进行测量，为压气机压力可靠精确测量提供了一种解决方式。此外，在高精度测量的同时解决温度补偿问题也是光纤压力传感器实用化中的关键问题。

北京长城计量测试技术研究所的张立哲等人发明了一种具有温度补偿功能的光纤光栅拉压力传感器（中国专利101586994，2009年11月25日）,这种传感器共有九个短周期光纤光栅，其中八个短周期光纤光栅两个一组以90度的间隔垂向安装在弹性元件圆周上，另外一个光栅作为温度补偿使用。这种传感器对压力的测量是接触式的，需要将光纤安装在弹性膜片上，这就可能给光纤信号的接收带来困难，同时也使弹性膜片的安装和更换变得复杂；与此同时，如果安装在弹性元件上的某一根光纤发生故障，将不得不对整个膜片和光纤进行更换；另外，由于光纤光栅因其机械性能差、灵敏度不高，特别是压力灵敏度较低，量程较小，因此限制了它在很多方面的应用，尤其是航空发动机压气机压力的测量。因此进一步开展非接触式的反射式光强压力传感器也成为光纤压力传感器的一个发展方向。并且，目前国内还没有应用于工程实践的非接触式光强光纤压力测量和光栅光纤温度补偿的混合式光纤压力传感器，所以在这方面理论和技术还很薄弱，需要进一步深入研究。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种用于压气机压力测量的光强式与光栅式混合光纤压力传感器。

技术方案

一种用于压气机压力测量的光强式与光栅式混合光纤压力传感器，其特征在于包括圆形弹性应变片1、筒状金属封装外壳2、光纤探头3、测温光栅光纤7；在筒状金属封装外壳2顶部密封固定圆形弹性应变片1，在筒状金属封装外壳3的另一端设有通孔，光纤探头4置于筒状金属封装外壳2的真空腔内，并通过通孔引出发射和接收光纤；测温光栅光纤7设置在筒状金属封装外壳3的真空腔的内壁上；所述光纤探头3上的发射和接收光纤的排布为：光纤的中心为一根发射光纤4，发射光纤的外围设有六根接收光纤形成第一组接收光纤5，第一组接收光纤6的外围设有十二根接收光纤形成第二组接收光纤6；所述测温光栅光纤7上设有信号输出连接线。

所述的圆形弹性应变片1的边缘与筒状金属封装外壳2的顶端之间通过紧固件相连接，并涂有高强度密封胶。

所述的光纤探头3的轴线方向应与圆形弹性应变片1中心的轴线方向重合。

所述的圆形弹性应变片1选用复合硅材料。

光纤探头3与圆形弹性应变片1的距离保持在0.25mm-2.5mm。

所述筒状金属封装外壳2的外侧涂覆耐高温涂层。

有益效果

本发明的用于压气机压力测量的光强式与光栅式混合光纤压力传感器，光强光纤垂直照射到弹性应变片中心，并由两组接收光纤接收反射光，通过两组接收光纤的光强比值计算弹性应变片的偏移距离；测温光栅光纤水平固定在筒状金属外壳内侧测量工作环境温度，用以进行温度补偿。本发明采用弹性应变片作为敏感元件，应用非接触式光强光纤作为测量元件，这种方式可有效的提高压力测量的精度，降低安装及信号接收的复杂度。与此同时，本实用新型采用光栅光纤直接测量传感器所处环境温度，通过温度补偿实现对压力的精确测量，充分应用了光纤传感器结构简单、体积小、重量轻、抗干扰能力强并且精度高的优点。